Charakterisierung von Schwerkraftsensoren in höher entwickelten Pflanzen



Pflanzen können die optimale Ausrichtung ihrer Organe, wie Spross, Wurzel und Äste, kontrollieren und eine unerwünschte Lageveränderung wahrnehmen und korrigieren (Gravitropismus, Gravimorphose). Dies verdanken sie ihrer Sensorleistung. Schwerkraftsensoren befähigen Pflanzenwurzeln etwa dazu, nach unten in die Erde zu wachsen, um Nährsalze und Wasser aufzunehmen. Die grünen Sprosse wachsen nach oben zum Licht, wo die Pflanze mit Hilfe des Sonnenlichtes Zucker produziert (Photosynthese).

Nach Lageveränderungen werden kleine Partikel (Statolithen) in speziellen Schwerkraft-wahrnehmenden Zellen in Richtung der Erdanziehungskraft verlagert. Dies geschieht zum Beispiel, wenn ein Sturm Getreidehalme umgelegt hat. Sensormoleküle (Rezeptoren) nehmen diese Verlagerung wahr und setzen eine Kette von Reaktionen in Gang. Diese bewirken eine lokale Änderung des Zell-Wachstums, wodurch die Pflanze ihre Ausrichtung korrigiert: Die Getreidehalme richten sich wieder auf und die Frucht verfault nicht auf dem Erdboden.

Die Schwerkraft-Sensormoleküle selbst sind noch unbekannt. Doch wie sie durch die zelleigenen Statolithen aktiviert werden, lässt sich im Parabelflugexperiment aufklären. Das Beschleunigungsprofil der Parabelflüge mit normaler und doppelter Erdanziehungskraft sowie Schwerelosigkeit liefert nahezu perfekte Bedingungen für die Untersuchungen. Diese werden zeigen, ob der Schwerkraftrezeptor wie ein Druckschalter (Mechanorezeptor) funktioniert, der durch das Gewicht der verlagerten Statolithen aktiviert wird, oder ob der Rezeptor durch direkte Wechselwirkung mit Molekülen der Statolithen aktiviert wird (Kontaktrezeptor).

Sind schwerelose Statolithen in den 22 Sekunden dauernden Mikrogravitationsphasen in der Lage, die Schwerkraftrezeptoren weiterhin zu aktivieren, oder nicht? Fallen die Krümmungsreaktionen bei Flugproben deutlich schwächer aus als bei Kontrollproben, die keine Schwerelosigkeit erfahren, so deutet dies auf Mechanorezeptoren hin. Ähnliche Krümmungsreaktionen sprechen dagegen für druckunabhängige Kontaktrezeptoren. Solche wurden durch Parabelflugexperimente bereits für niedere Pflanzen nachgewiesen. Durch den Einsatz hochauflösender Videomikroskopie soll zudem der Schwerkrafteinfluss auf Wachstumsreaktionen studiert werden.

Erstmals lassen sich mit diesem Parabelflugexperiment Einblicke in die Funktionsweise biologischer Schwerkraftsensoren gewinnen, die den Pflanzen die Eroberung des Festlandes ermöglicht hat.

Kontakt
Priv. -Doz. Dr. Markus Braun
Universität Bonn

Institut für Molekulare Physiologie und Biotechnologie der Pflanzen (IMBIO)
, AG Gravitationsbiologie
Tel: +49 228 73-2686

Fax: +49 228 73-2677

E-Mail: mbraun@uni-bonn.de
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